一種具有能量回收功能的液壓泵試驗臺系統(tǒng)及能量回收方法
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于液壓元件性能測試實驗臺領域，涉及液壓元件測試實驗過程中的能量回收技術(shù)，采用能量循環(huán)利用技術(shù)實現(xiàn)功率回收與節(jié)能的效果。
【【背景技術(shù)】】
[0002]目前，液壓試驗臺普遍采用開放式結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的液壓泵試驗采用功率消耗的方式進行，即采用溢流或/和節(jié)流加載方式進行試驗。試驗過程中液壓泵產(chǎn)生的壓力油直接經(jīng)溢流閥溢流，能量全部轉(zhuǎn)化為熱能，導致能量白白損失。另外，試驗系統(tǒng)的發(fā)熱還會造成油溫升高，系統(tǒng)不得不增加相應規(guī)模的冷卻裝置來降低油液溫度，加大了實驗設備的成本。如果將試驗產(chǎn)生的能量進行回收，可以減小冷卻裝置功率，節(jié)省大量電能，因此對于進行這種高能耗的液壓泵試驗，采取有效的節(jié)能措施成了液壓實驗的當務之急。
[0003]然而，國內(nèi)外已有相關液壓試驗臺節(jié)能技術(shù)的論文或發(fā)明，比較多的是機械功率補償式能量回收和液壓功率補償式能量回收的方式，這兩種回收方式的回收效率雖然相對較高，但是存在的問題是:機械補償回收方式存在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍小，對試驗馬達和加載泵的排量關系有限制、系統(tǒng)壓力調(diào)節(jié)精度低等缺點；液壓補償功率回收方式也存在試驗轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定、試驗功能不全等不足，不能滿足工程機械液壓泵試驗的需要。
[0004]而采用電功率回收能量的方式雖然回收效率稍低，但是可以有效的避免上述問題，同時電功率回收節(jié)約動力，發(fā)熱量少，被試液壓泵和被試液壓馬達的排量關系無嚴格限制，試驗范圍較寬，沒有機械式強加在系統(tǒng)上的能量回收沖擊，低速加載性能好。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]為了解決液壓泵性能測試試驗平臺在試驗過程中的能量浪費問題，本發(fā)明提出一種具有能量回收功能的液壓泵試驗臺系統(tǒng)及能量回收方法。本發(fā)明在被試馬達后面加裝電功率回收系統(tǒng)，即液壓馬達的機械輸出軸與發(fā)電機的機械輸入軸相連，使液壓系統(tǒng)的壓力能通過機械能傳遞再轉(zhuǎn)換成電能，將電能回收存儲起來并回饋到電動機或電網(wǎng)中，或者將電能不存儲直接回饋到電動機或電網(wǎng)中，實現(xiàn)功率回收、節(jié)約能源的功能。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)解決方案:
[0007]一種具有能量回收功能的液壓泵試驗臺系統(tǒng)，包括液壓系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)包括液壓泵和液壓馬達，所述液壓泵被電動機驅(qū)動而工作，所述液壓馬達的機械輸出軸連接有發(fā)電機，該發(fā)電機通過包括有能量存儲單元的控制器與控制平臺相連，包括有能量存儲單元的控制器和電網(wǎng)并聯(lián)后接入電動機為液壓泵提供驅(qū)動力。
[0008]優(yōu)選的，所述液壓泵油路的一端連接油箱，另一端連接液壓馬達，液壓馬達油路的輸出端直接接回油箱，液壓泵和液壓馬達的排量調(diào)節(jié)端口通過信號線與控制平臺連接。
[0009]優(yōu)選的，所述液壓泵與液壓馬達的液壓油路之間連接有溢流閥，溢流閥經(jīng)流量計后接回油箱。
[0010]優(yōu)選的，所述能量存儲單元為蓄電池組或超級電容。
[0011]優(yōu)選的，當存儲單元為蓄電池組時，該蓄電池組包括兩個蓄電池，該蓄電池組與控制器相連并在控制器的作用下，輪流實現(xiàn)充放電。
[0012]優(yōu)選的，當存儲單元為蓄電池組時，該蓄電池組包括兩個蓄電池，一個蓄電池通過控制器與發(fā)電機相連，另外一個蓄電池通過轉(zhuǎn)換器與電動機相連。
[0013]一種基于上述液壓泵試驗臺系統(tǒng)的能量回收方法，液壓系統(tǒng)在電動機的帶動下正常運行，運行過程中產(chǎn)生的液壓能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，該電能通過控制器存儲在存儲單元中以便于為電動機提供動力。
[0014]優(yōu)選的，當電動機采用直流電動機時，發(fā)電機產(chǎn)生的電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電能經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的電壓一致后并聯(lián)為電動機提供動力；
[0015]當電動機采用交流電動機時，發(fā)電機產(chǎn)生的電能經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換成幅值、頻率一致的交流電后并聯(lián)為電動機提供動力。
[0016]優(yōu)選的，液壓泵實驗臺系統(tǒng)啟動后，首先檢測存儲單元的電量狀態(tài)，當存儲單元的電量高于最低限值時，控制平臺控制存儲單元內(nèi)的電能和電網(wǎng)的電能同時為直流發(fā)動機供電；當存儲單元的電量低于最低限值時，控制平臺控制發(fā)電機產(chǎn)生的電能禁止向電動機供電，僅從電網(wǎng)供電。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點:本發(fā)明在傳統(tǒng)的液壓試驗臺基礎上，在液壓馬達的輸出端加裝能量回收系統(tǒng)和復合電源系統(tǒng)，通過控制平臺的控制下，在滿足系統(tǒng)固有的試驗功能條件的同時將試驗中能源消耗的部分進行回收利用，使試驗系統(tǒng)具備能量回收功能，能有效的達到試驗節(jié)能的效果，解決傳統(tǒng)溢流加載能源浪費問題。
【【附圖說明】】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)功能原理簡圖。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1開式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能原理簡圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例2閉式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能原理簡圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的能源流動圖。
[0022]圖5為本發(fā)明的信號傳遞狀態(tài)圖。
[0023]圖6為本發(fā)明能量中轉(zhuǎn)存儲-直流回收-直流混合功率的示意圖。
[0024]圖7為能量中轉(zhuǎn)存儲-直流回收-交流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖8為能量中轉(zhuǎn)存儲-交流回收-直流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖9為能量中轉(zhuǎn)存儲-交流回收-交流混合功率的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖10為非能量中轉(zhuǎn)存儲-直流回收-直流功率混合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖11為非能量中轉(zhuǎn)存儲-交流回收-交流功率混合的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖中，
[0030]液壓泵I，溢流閥2，壓力傳感器3，流量傳感器4，PI控制器5，液壓馬達6，DC發(fā)電機7，端口轉(zhuǎn)換控制器8，蓄電池組9，DC/DC轉(zhuǎn)換器10，直流電動機11，轉(zhuǎn)速傳感器12，扭矩傳感器13，控制平臺14，AC/DC轉(zhuǎn)換器15，電網(wǎng)16 ;
【【具體實施方式】】
[0031]請參閱圖1所示，本發(fā)明液壓系統(tǒng)包括有液壓泵、液壓馬達、控制液壓泵和液壓馬達的第一控制器，以及檢測液壓系統(tǒng)的各種測量傳感器。液壓泵通過電動機帶動工作，液壓馬達的輸出端連接有發(fā)電機，以將液壓馬達的液壓能轉(zhuǎn)換為電能進行存儲，所述發(fā)電機的輸出端通過第二控制器與控制平臺連接，控制平臺同時與液壓系統(tǒng)的第一控制器和傳感器，以及控制電動機的第三控制器連接，所述第二控制器的輸出端進一步連接有功率混合單元，以將電網(wǎng)的電能和發(fā)電機的電能進行混合，以供給電動機工作。
[0032]請參閱圖2和圖3所示，分別為液壓系統(tǒng)分別采用開式液壓系統(tǒng)和閉式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，基本結(jié)構(gòu)與圖1類似，在此不再贅述。
[0033]圖4為本發(fā)明的能源流動圖，在本發(fā)明中，能源流動包括液壓功率流、機械功率流，以及電功率流，其中，液壓功率流主要是液壓泵產(chǎn)生的功率流向液壓馬達，機械功率流主要是電動機產(chǎn)生機械功率流向液壓泵，以及液壓馬達產(chǎn)生機械功率流流向發(fā)電機，電功率流主要是發(fā)電機的電能通過第二控制器流向電動機，以及電網(wǎng)的電能通過第三控制器流向電動機。
[0034]請參閱圖5所示，控制平臺包括依次連接的濾波電路、微處理器、光電隔離電路，以及功率元件驅(qū)動電路，所述光電隔離電路同時與控制電動機的第三控制器連接以控制電動機的速度，所述功率元件驅(qū)動電路分別與液壓泵及液壓馬達排量調(diào)節(jié)裝置連接。
[0035]本發(fā)明在液壓馬達的輸出端連接發(fā)電機，將液壓馬達的液壓能轉(zhuǎn)化為電能進行回收，將回收的電能經(jīng)過中轉(zhuǎn)存儲后再回饋給發(fā)動機，具體地說，就是在液壓馬達后接發(fā)電機，將液壓能轉(zhuǎn)換成電能并存儲在能量存儲單元中，再通過控制器將回收的能量反饋給電動機。
[0036]其中，回收能量所采用的發(fā)電機包括直流發(fā)電機、交流發(fā)電機；若采用交流發(fā)電機，則需要用AC/DC轉(zhuǎn)換器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電進行存儲。
[0037]所述的能量存儲單元包括蓄電池或超級電容。
[0038]所述的控制器包括AC/DC轉(zhuǎn)換器、AC/AC轉(zhuǎn)換器、DC/AC轉(zhuǎn)換器、DC/DC轉(zhuǎn)換器。
[0039]所述的電動機包括直流電動機、交流電動機。
[0040]能量反饋的方式是包括交流電反饋方式和直流電反饋方式；
[0041 ] 1、采用直流電反饋方式，即能量存儲單元中的電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成一種電壓，同時從電網(wǎng)提取的電能經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器也轉(zhuǎn)換成等伏電壓，將兩輸出電并聯(lián)后接入電動機，實現(xiàn)直流電反饋。
[0042]2、采用交流電反饋方式，即能量存儲單元中的電能經(jīng)DC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的電壓及頻率一樣的交流電，且并聯(lián)后接入電動機，實現(xiàn)交流電反饋。
[0043]具體的實施方案包括四種組合:
[0044]1、直流回收-直流混合功率反饋；
[0045]2、直流回收-交流混合功率反饋；
[0046]3、交流回收-直流混合功率反饋；
[0047]4、交流回收-交流混合功率反饋；
[0048]當然，作為本發(fā)明的另外一種實施方案，回收的電能也可以不經(jīng)存儲直接通過控制器回饋到電動機中，具體是在液壓馬達后接發(fā)電機，發(fā)電機后接控制器，發(fā)電機輸出電能經(jīng)控制器輸出后與電網(wǎng)經(jīng)控制器輸出的電能并聯(lián)后接入電動機。
[0049]所述的不經(jīng)存儲的回饋方式包括直流電回饋方式和交流電回饋方式兩種方式；
[0050]1、采用直流電回饋方式，液壓馬達后接直流發(fā)電機，直流發(fā)電機后接DC/DC轉(zhuǎn)換器，電網(wǎng)引電出來接入AC/DC轉(zhuǎn)換器，發(fā)電機輸出電能經(jīng)DC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)電能經(jīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的電壓一致后并聯(lián)接入直流電動機。
[0051]2、采用交流電回饋方式，液壓馬達后接交流發(fā)電機，交流發(fā)電機后接AC/AC轉(zhuǎn)換器，電網(wǎng)引電出來接AC/AC轉(zhuǎn)換器，發(fā)電機輸出電能經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)經(jīng)AC/AC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成幅值、頻率一致的交流電后并聯(lián)一起接入交流電動機。
[0052]本發(fā)明在傳統(tǒng)的液壓試驗臺基礎上，加裝能量回收系統(tǒng)和復合電源系統(tǒng)，在滿足系統(tǒng)固有的試驗功能條件的同時將試驗中能源消耗的部分進行回收利用，使試驗系統(tǒng)具備能量回收功能，能有效的達到試驗節(jié)能的效果，解決傳統(tǒng)溢流加載能源浪費問題。
[0053]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0054]如前所述，本發(fā)明包括四種組合方式，其結(jié)構(gòu)原理相似，此處著重以其中一種組合的實施方式為例做以詳細說明，其他組合做以異同點說明。
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